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INFORME DE LABORATORIO:

COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN

I. OBJETIVOS

Aprender el uso de los equipos para realizar pruebas de clarificación ( probadas de jarras y turbidimetro)

Determinar la dosis optima de coagulante metálico.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

La prueba de jarras es la principal prueba de laboratorio utilizada para determinar la dosis óptima de coagulantes en las plantas de tratamientos de agua potable. Aunque el aparato es simple, se debe tener cuidado a fin de obtener resultados confiables.Debido al gran número de variables involucradas en el proceso de coagulación, no ha sido posible estandarizar el procedimiento de la prueba de jarras. En esta práctica de laboratorio examinaremos una de estas variables, pH y su efecto sobre la formación de floc y la remoción de turbiedad.No es posible duplicar en una prueba de jarras las condiciones presentes en la planta. Debe buscarse correlaciones debido a las geometrías tan distintas existentes en una jarra de vidrio de 1 litro, un mezclador rápido de 120, 000 litros, y un floculador de 400, 000 litros. Sin embargo, deben realizarse todos los esfuerzos posibles para hacer que las condiciones de la prueba de jarras sean todo lo representativas que sea posible de la operación de la planta. Las velocidades y tiempo de contacto para mezcla rápida y floculación deberían corresponder a condiciones reales en La planta.Para pruebas de investigación, la experiencia demuestra que para coagulantes hidrolizantés, tales como alumbre (Sulfato de aluminio) y sulfato férrico, la mezcla rápida dan generalmente excelentes resultados. También se da en coagulantes poliméricos pero con estos los flocs producidos son tan pesados que la sedimentación es casi completa a la velocidad mucho más lenta usada con floc de alumbre.Las pruebas de Jarras tienen 2 fines básicamente

1. Como herramienta para diseñar una Planta de Agua Potable.2. Como SIMULADOR, para determinar en Laboratorio las dosis de insumos químicos que deben

aplicarse en una Planta ya existente a fin de lograr cambios favorables en la Calidad del Agua.

Figura 1. Diagrama del equipo de prueba de jarras

El probador de jarras que se muestra en la figura está compuesto por varios vasos de laboratorio de un litro con muestras del agua bruta. A cada uno se le añade una cantidad distinta y creciente de coagulante y le sigue una mezcla rápida durante 20 a 60 s. Se dejan sedimentar las muestras, la muestra con las mejores características de sedimentación se selecciona como coagulante. Después de una serie de ensayos, es posible determinar la combinación de mejor dosis de coagulante.

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III. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS

Materiales Reactivos- Probetas - Indicador Fenolftaleína

- Vaso precipitado 1L (6 vasos) - Indicador anaranjado de metilo

- Matraz Erlenmeyer - Ácido sulfúrico al 0.02 N

- Vaso precipitado - Muestra de agua

- Bureta -Agua destilada

- Goteros - Insumo comercial tipo A

- Soporte universal

- Luna de reloj Equipos

- Espátula

- 6 jeringas - Probador de jarras

- Depósito de 20 L - Balanza Digital- Turbidímetro- pH metro

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1. Preparación de la solución concentrada de (insumo comercial tipo A)

- Preparar una solución concentrada (solución madre) de al 10 % P/V.

Para lo cual se pesó 10 g de y lo diluimos hasta completar 100 ml (esta solución es estable por meses)

- Preparar una solución diluida (solución hija) de al 1 % P/V partiendo de la solución madre (esta solución es estable por un día).Para lo cual extrajimos 10 ml de la solución madre y lo diluimos hasta completar 100 ml, en otro vaso precipitado.

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a. Aplicación de la Dosis de coagulante Metálico

a) Llenamos los vasos de precipitados (6) de 1 l, cada una con la muestra artificial de agua turbia, que se ha preparado previamente en un depósito de 20 l.

b) Colocamos los 6 vasos numerados con marcador, en el equipo probador de jarras teniendo en consideración que las paletas estén hasta el fondo del vaso, seguidamente prendemos el equipo y llevamos a 200 rpm.

c) Aplicamos dosis de 1 ,2 ,3 ,4 ,5 y 6 ml de la solución hija 1%( coagulante), que se extrajeron con jeringas, al momento de aplicar inmediatamente tomar el tiempo de 1 minuto de duración (mezcla rápida), teniendo en consideración que se aplica las dosis en el mismo instante (forma paralela) para los 6 vasos.

d) Luego del tiempo de mezcla rápida, reducimos la velocidad a 40 rpm durante 15 minutos (Floculación), que es el tiempo de floculación, luego anotamos el tiempo en que se formó el floc.

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Figura 2. Equipo probador de Jarras, mezcla rápida (200 rpm) luego de la aplicación de coagulante

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a

Figura 3a. Equipo probador de Jarras, mezcla lenta (40 rpm) luego de la aplicación de coagulante

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Figura 3b. Visualización de las jarras, luego del tiempo de sedimentación (30 minutos)

e) Terminada la etapa de floculación apagamos el equipo, levantamos las paletas para dejar sedimentar durante 30 minutos.

f) Seguidamente tomamos muestras y realizamos los análisis de turbiedad, pH y alcalinidad.

Para el caso de medición de turbiedad se llena en el pequeño frasco y luego con ayuda del turbidimetro se mide en unidades NTU, se anota el dato obtenido.

Para la medición del pH de la muestra de agua turbia, se realizó una filtración previa.

Figura 5. Medición de pH de la muestra de agua inicialmente

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V. CÁLCULOS , ANÁLISIS Y RESULTADOS

5.1. Dosis optima de coagulante

Los valores medidos con el turbidimetro y pH-metro , así como los valores de medición de tiempo , se resumen en la tabla 1.

Tabla1. Determinación de la dosis optima de coagulante (sulfato de aluminio) al 1 %

AGUA CRUDA

DOSIFICACIÓN OBSERVACIONES VISUALES

AGUA SEDIMENTADA

Turbiedad:258NTU

Mezcla rápidaTiempo: 1min

Velocidad: 200 rpmVolumen de jarras

1000 ml

Floculación : Tiempo de floc 15minSedimentación: Tiempo 30 minVelocidad: 40 rpm

JarraN°

pH (22ºC)Coagulante al 1 % p/v

Tiempo de formación de

floc

Índice de Wilcomb

Dosis(ppm)

pH22ºC

Turbiedad residual(NTU)

1 7,59 0 10 7,13 68,6

2 7,59 4,07 2 20 7,26 12,4

3 7,59 2,04 4 30 7,03 3,65

4 7,59 1,48 8 40 7,01 2,58

5 7,59 1,39 6 50 6,84 2,28

6 7,59 1,30 6 60 6,74 1,87

- Con los datos de la tabla 1, podemos graficar el comportamiento de las curvas dosis contra pH, y Turbiedad en NTU, como se muestra en la figura 5 y 6.

Figura 5. Dosis

aplicada y comportamiento respecto a la Turbiedad

0 10 20 30 40 50 60 700

10

20

30

40

50

60

70

Dosis (ppm)

Turb

ieda

d Re

sidua

l (N

TU)

8

Figura 6. Dosis aplicada y comportamiento respecto al pH.

5.2. Pruebas de Alcalinidad

a) Primero medimos la alcalinidad de la muestra artificial que se ha filtrado, agregamos fenolftaleína 4 gotas, y se observa que no colorea, entonces vf=0, luego agregamos anaranjado de metilo 3 gotas , entonces se titula con ácido sulfúrico concentrado 0,02 N, y se anota que vT = 6,85 ml, que es el volumen gastado en la titulación.

Alcalinidad del agua a analizar (agua con tierra)

Se utilizó ácido sulfúrico 0,02N (fc = 1,1165)

PruebasMuestra agua

sucia, mlVF, ml VT, ml VT, prom , ml AT, mg/L

1 100 0 6,96,85 76,462 100 0 6,8

b) Alcalinidad luego de la etapa de coagulación – floculación

Alcalinidad del agua sedimentada

Se utilizó ácido sulfúrico 0,02N (fc = 1,1165)

0 10 20 30 40 50 60 706.4

6.5

6.6

6.7

6.8

6.9

7

7.1

7.2

7.3

7.4

Dosis: ppm

pH

9

JarraN°

PruebaMuestra agua sedimentada,

mlVF, ml VT, ml VT, prom , ml AT, mg/L

11 100 0 5,4

5,5 61,392 100 0 5,6

21 100 0 5,3

5,2 58,042 100 0 5,1

31 100 0 4,8

4,85 54,142 100 0 4,9

41 100 0 4,7

4,69 52,292 100 0 4,67

51 100 0 4,2

4,15 46,322 100 0 4,1

61 100 0 4,0

3,95 44,092 100 0 3,9

VI. CUESTIONARIO:

6.1. Interpretar y discutir los resultados de las gráficas:

- Turbiedad (NTU) vs dosis de Al2 (SO4)3

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6002468

101214161820

Dosis: ppm

Turb

ieda

d Re

sidu

al (N

TU)

Según SEDAPAL (Planta de Tratamiento de Aguas en Lima), la dosis óptima se obtiene en el punto

de inflexión, que es el punto más bajo de la curva, tal como podemos observar en la siguiente figura:

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En el caso de la figura anterior: Turbiedad (NTU) vs dosis de Al2 (SO4)3, la dosis óptima no se podría afirmarse rápidamente puesto que nos faltan datos para ver la subida de la curva, no obstante, podría asumirse que la dosis óptima sea 60 ppm, siempre y cuando se asuma que en este punto la curva ascenderá. Análogamente: calcularemos el % de Remoción

Turbiedad incial (NTU)

Turbiedad Final

% Remoció

n(NTU)

20 18.6 720 12.4 3820 3.65 81.7520 2.58 87.120 2.28 88.620 1.87 90.65

Y utilizando una dosis de 60 ppm de Al2 (SO4)3 se obtiene un mayor % de remoción.

- pH vs dosis de Al 2 (SO4)3

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 606.2

6.4

6.6

6.8

7

7.2

7.4

7.6

Dosis: ppm

pH

Según la Química. Ma. Teresa Morán y la Especialista en Pruebas de Coagulación – Floculación la

Ing. Leticia Espinoza Marván de la UNIVERSDAD IBEROAMERICANA DE MÉXICO.

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Al agregarse sulfato de aluminio al agua este se hidroliza provocando una disminución del pH, debido a

esto se puede observar que el comportamiento del pH en todos los ensayos es el mismo.

Después de la dosificación con sulfato de aluminio el pH de las muestras disminuye, entonces a mayor

dosificación de sulfato de aluminio granulado tipoA menor pH.

Muchas veces el pH del agua después del tratamiento con Sulfato de aluminio queda por fuera del rango

permisible pero en la planta de tratamiento se cuenta con una etapa de post-cal para ajustarlo.

Para afirmar lo que se acaba de mencionar se tiene la siguiente gráfica, donde se verá como desciende el

pH al final de los ensayos.

- alcalinidad vs dosis de Al 2 (SO4)3

1 2 3 4 5 66.2

6.4

6.6

6.8

7

7.2

7.4

7.6

7.8

pH INICIALpH FINAL

pH 22°C inicial

pH 20.3°C final

N° Pruebas

7.59 7.43 1

7.59 7.26 2

7.59 7.03 3

7.59 7.01 4

7.59 6.89 5

7.59 6.74 6

12

10 20 30 40 50 6040

45

50

55

60

65

f(x) = − 0.352885714285714 x + 65.0626666666667R² = 0.985597559231026

Dosis: ppm

Alca

linid

ad m

g,L

Según el libro “CALIDAD DE AGUA” de JAIRO ALBERTO ROMERO ROJAS, sostiene que a medida

que se va agregando un floculante a un agua a tratar, la alcalinidad disminuirá, esto tiene sentido puesto

que:

Alcalinidad.- Es un método de análisis, con el que se determina el contenido de bicarbonatos (HCO3)-; carbonatos (CO3)-2 e hidróxidos de un agua natural o tratada. La alcalinidad tiene relación con el pH del agua.

Las principales reacciones de sulfato de aluminio con la alcalinidad del agua son:

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6.2. Según la normativa peruana para aua para consumo humano, cual es el valor máximo permisible

para la turbiedad, color, aluminio residual (ppm) y hierro (ppm) que se debe tener en un agua apta para

consumo humano.

6.3. Digamos cuales son los efectos de tener concentraciones residuales de aluminio en un agua para

consumo humano.

VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS:

Debido a que la prueba de jarras es sólo una simulación del proceso, es necesario entender por qué se

utilizó mezcla lenta y rápida, y al finalizar el informe concluimos que:

El objetivo de la mezcla rápida es crear la turbulencia o movimiento necesario en el líquido

contenido en la jarra para poner en contacto los reactivos químicos con las partículas coloidales del

agua, modo de neutralizar sus cargas, desestabilizarlas y hacer que se mezcla rápida aglomeren en un

corto período de tiempo. El tiempo de aplicación de la mezcla rápida depende de la clase del coagulante.

En una mezcla lenta generalmente, el tiempo de mezcla no excede de 15 min. Un tiempo

excesivo puede crear calentamiento de la muestra originando una floculación más eficiente, pero a su

vez una pobre sedimentación, ya que ocurre la liberación de los gases disueltos en el agua, formando

burbujas que se adhieren a los flóculos y los hacen flotar.

En la parte de alcalinidad, como se obtuvo una función, en donde la alcalinidad depende de la dosis del

floculante, un aporte por parte del estudiante seria la optimización de dicho proceso, en donde se puede

ahorrar floculante.

La mayor velocidad de agitación se debe principalmente a que una mayor cantidad de material floculado requiere de una mayor velocidad de agitación a fin de lograr un mejor proceso de mezclado. En el caso del tiempo de agitación menor, se debe principalmente a que un exceso de trabajo de agitación sobre las partículas floculadas favorece que el flóculo ya formado se rompa.

A medida que el pH se volvía más básico, las partículas contaminantes del agua examinada iban sedimentando más rápidamente.

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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Se observa que a mayor cantidad de coagulante que se aplica, el pH desciende, además se sabe que el coagulante consume alcalinidad.

Mediante el experimento se pudo aprender a manipular el uso de los equipos para realizar pruebas de clarificación (probadas de jarras y turbidimetro).

Se aprendió el índice de Willcomb , que es una forma de cualificar la muestra y como ha floculado , y en este experimento el que mejor floculo fue la jarra nro.

Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula, la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto la turbiedad residual es elevada.

Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula, conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la turbiedad residual es igualmente elevada.

La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina mediante los ensayos de pruebas de jarra.

El sulfato de aluminio es el coagulante más usado. Es un sólido de cristal grisáceo, aunque también se encuentra en soluciones concentradas. Se le conoce como alúmina o alumbre. Reacciona con la alcalinidad del agua y con los fosfatos.

IX. BIBLIOGRAFIA

1. Sitio Web catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leia/...s.../capitulo3.pdf2. Sitio Web http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan/002320/002320-04a.pdf3. http://www.uclm.es/profesorado/jvillasenor/esp/pdar/jartest.pdf4. http://www.life-eaucuir.inescop.es/1equipos_laboratorio_espanol.pdf5. http://www3.uclm.es/profesorado/giq/contenido/dis_procesos/tema5.pdf

6. “La contaminación ambiental en México”. Escrita por Blanca E Jiménez Cisneros, Blanca Elena Jiménez – Limusa Noriega editores, Pagina 208.